Марсоход Curiosity

Из живых марсоходов остался лишь один - Opportunity. Поэтому, NASA в этом году планирует запулить на Марс нового поселенца - марсоход Curiosity (проект Mars Science Laboratory). В общем, хотелось бы начать популяризацию этого проекта, и обратить внимание уважаемых читателей на конструкторские решения инженеров, которые этот новый марсоход создают.

Итак, запуск запланирован на ноябрь этого года, а в августе 2012го аппарат уже должен будет совершить посадку на красную планету. Общий бюджет проекта составляет 2.3 миллиарда долларов (~69 миллиардов рублей). Марсоход Curiosity имеет очень внушительные размеры, заметно больше Opportunity и Spirit, и представляет собой передвижную химическую лабораторию. Помимо функций передвижения колесно-шагающим способом, Curiosity также имеет роботизированную руку, на которой установлены камера, бур и приспособление для забора проб грунта.

Сейчас проект находится на этапе доделки и тестирования. К примеру, вот видео, показывающее первые «шаги марсохода» :)

Что же, будем надеяться, что NASA сделает выводы и постарается исправить все недостатки уже потерянных на Марсе аппаратов. А чтобы понять, что именно нужно исправить - давайте быстренько вспомним о выбывших из строя марсоходах, и проанализируем их слабые стороны.

Брат-близнец выжившего Opportunity, Spirit, потерявший еще в 2009 году способность к передвижению и переименованный в стационарную станцию по изучению Марса, очевидно, плохо пережил марсианскую зиму, и вот уже 9 месяцев не выходит на связь. Несколько зим до этого он пережил удачно (ведь Spirit совершил посадку на Марс еще в январе 2004го года!), однако из-за его стационарного положения, солнечные батареи оказались повернуты под неверным углом к Солнцу, и поэтому не могли вырабатывать столько энергии, сколько в предыдущие зимовки. Отсутствие энергии повлекло за собой переохлаждение аппарата, и это могло послужить причиной его выхода из строя.

Впрочем, надежды на возрождение Spirit'а еще есть, хотя и небольшие. Поэтому, хоронить его полностью пока не будем :)

Другой недавний проект, Феникс (Phoenix Mars Lander), также был потерян в ходе марсианской зимы, судя по снимкам орбитальной станции - из-за повреждений солнечных батарей (на снимках отсутствует отблеск от одной из панелей). Феникс, напомню, не являлся марсоходом, это стационарный спускаемый аппарат, однако же у него имелась роботизированная рука, поэтому в блоге я не раз о нем писал.

Помимо зимних невзгод, серьезную опасность для марсоходов также представляют марсианские пылевые бури. Spirit и Opportunity доказали, что пережить пылевую бурю можно, но это порой чрезвычайно сложная задача. И помимо механических и электростатических опасностей, существует еще вероятность, что солнечные батареи аппаратов попросту окажутся занесены слоем пыли и песка, а значит те же самые проблемы с энергией обеспечены.

В общем, прослеживается явная тенденция - марсианские роботы умирают из-за... солнечных батарей! Получается, это наиболее уязвимая часть марсоходов, и в будущих проектах (в Curiosity в частности), хотелось бы увидеть, как с этим будут бороться.

Направлений решения энергетической проблемы существует всего два, несложно догадаться каких:

1. Создание некоего устройства, которое сможет автоматически протирать или заменять солнечные батареи.
2. Поиск иных источников энергии.

На самом деле, оба направления важны, хотя первое кажется не слишком перспективным. Но ведь совсем отказываться от солнечных батарей в случае их выхода из строя - тоже довольно странная идея, ведь такие батареи прекрасно справлялись с задачей обеспечения энергией Spirita и Opportunity на протяжении нескольких лет! Не думаю, что изготовление неких поворотных участков батарей будет слишком сложной задачей. Ток от каждого из участков довольно легко измерить, и передать эти значения оператору, который сможет в случае необходимости перевернуть нужные участки и посмотреть, какой эффект это возымеет. Благодаря большому количеству подвижных участков, получается система, на порядок более стойкая к механическим повреждениям и запылению.

Ну и конечно, поиск новых источников энергии - это очень нужная и актуальная задача, я бы сказал это задача номер один для современных марсоходов. И здесь я тоже вижу несколько вариантов:

1. Автономные источники энергии. Тут имеются в виду, безусловно, атомные батареи.
2. Попытка добычи энергии из окружающего мира. На марсе источников энергии немного. Пустыня же голая, из привычных нам источников - разве что ветер... Но в свете наличия пылевых бурь с чудовищной скоростью ветра, этот источник очень опасен (при чересчур большой скорости, ветряк может даже взорваться).
3. Химическая переработка (или сжигание) топлива, которое можно получить прямо на Марсе. Однако, пыль, камни и песок - не слишком подходят на роль топлива, а что-то другое в марсианской пустыне найти удастся едва ли...

Уже из вариантов, видно, что наиболее подходящим является первый вариант - использование атомных батарей. Простейшие варианты таких батарей использовались на марсоходах и раньше, однако они служили лишь обогревающим целям.

Именно такой путь избрали и ученые NASA. Более того, на этот раз они вообще не стали заморачиваться с солнечными батареями. Питание Curiosity полностью автономное!

Для питания марсохода, учеными был разработан особый радиоизотопный генератор (multi-mission radioisotope thermoelectric generator, MMRTG). Топлива в нем - около 5 килограмм, по большей части, диоксида плутония-238. Этот генератор очень неплохо обогревает окружающую его среду, благодаря чему Curiosity теперь может переносить температуры вплоть до -127 градусов по Цельсию! Помимо обогрева, он также генерирует 120Ватт электрической энергии, этого марсоходу должно хватить для выполнения собственных функций. Вообще, MMRTG - это довольно старая разработка, и документация по этому генератору (на английском языке) уже давно присутствует в интернете.

В целом, благодаря MMRTG, Curiosity сможет прожить на Марсе как минимум пару лет. Не так оптимистично конечно, как потенциально бесконечные солнечные батареи, но зато намного более надежно. А надежность в исследованиях космоса - это самое важное!

Дополнительные материалы

• Живая трансляция - изображение с камеры, установленной в помещении, где создают марсоход Curiosity.
• Страница на Википедии - неплохая обзорная страница на Википедии, пожалуй, даже лучше чем на официальном сайте проекта. Есть и русская версия этой страницы, но переведено, к сожалению, очень немногое.
• Компьютерная анимация - моделирование процесса посадки и работы Curiosity. Весьма необычный вариант посадки, рискованный даже, надо сказать... Видимо, старые варианты были отвергнуты из-за большой массы аппарата.